MOUNIR & Oualla

8/17/2019 MOUNIR & Oualla

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Mémoire du projet de fin d’études

RESUME

Le barrage d’Ouljet Es-Soultan est un barrage poids en béton compacté au rouleau (BCR)équipé des ouvrages annexes suivant : évacuateur de crues, vidange de fond, ouvrages destinésà la dérivation provisoire ainsi que les ouvrages de prise d’eau. L’objectif de ce projet de fin

d’étude est de dimensionner ces organes en plus de l’étude de stabilité du barrage.

La démarche que nous avons suivie consiste à s’assurer d’abord que la hauteur du barrage

permet de satisfaire les contraintes en termes de demande en eau potable et irrigation. C’est

pourquoi nous avons entamé ce projet par une étude de régularisation.

La conception de l’évacuateur de crue est l’une des deux parties majeures de ce projet. Cela

revient au fait que son coursier est convergent. En vue de déterminer la hauteur des murs bajoyers de ce dernier, nous avons eu recours à deux méthodes. La première consiste à appliquerles résultats d’une étude récente traitant du même problème. La deuxième démarche réside en

l’étude des phénomènes d’ondes de chocs et ressaut oblique.

La conception de la vidange de fond est l’autre partie importante de ce projet. Cela est dûau fait que le chenal de vidange est constitué d’un tronçon courbe. L’intérêt est de connaître la

profondeur d’eau au droit des murs bajoyers. Nous avons opté pour une étude des ondes croisées

qui vont se développer dans cette zone.

Ce projet englobe également la conception des ouvrages de dérivation, la détermination lescapacités des organes de prise d’eau et une vérification des différents types de stabilité.

L’approche consiste à avoir un regard critique par rapport aux résultats obtenus par lesdifférentes formules utilisées.


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ABSTRACT

Ouljet Es-Soultan dam is a RCC gravity dam with the following ancillary works: aspillway, a bottom outlet, temporary diversion works and water intake structures. The main

purpose of this project is to design these ancillary works as well as studying the stability of thedam.

The approach we set begins by checking that the height of the dam is sufficient to meetthe demands for drinking water and irrigation requirements. This is why we started with aregulation study.

This study focuses firstly on the design of the spillway. The fact that the latter is convergingmakes it interesting to study. In order to know the height of the channel walls, we choose to usetwo different methods. The first one is about using the results of a recent study dealing with asimilar problem. The second one consists on studying choc waves and oblique hydraulic jump.

Designing the bottom outlet is another mainstream part of the project. The particularity isthat the open sky channel is curved. The objective is to determine the water depth alongside thecurved channel walls. For that purpose, we studied the phenomenon of cross waves.

Beside the two parts mentioned above, which constitute the core of the project, we designedthe structures of the river diversion, calculated capacities of water intake structures and wechecked whether the dam cater for the different types of stability.

The approach consists of a critical interpretation on the results given by the formulas used.


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Dédicace

Nous dédions cet humble travail à nos très chers parents quin’ont jamais cessé de nous encourager tout au long de nos

années d’études, et qui nous ont donné un magnifique modèle

de labeur et de persévérance. Nous tenons à les remercierégalement pour tous les efforts qu'ils ont consentis pour nous permettre de suivre nos études dans les meilleures conditions possibles. J’espère qu'ils trouveront dans ce travail toute notre

reconnaissance et tout notre amour.

A nos chers frères et sœurs,

A nos familles.

A nos chers amis

A nos professeurs.

Hicham OUALLA & Adil MOUNIR


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TABLE DES MATIERES.

Liste des figures : ___________________________________________________________ 7

Liste des Tableaux : __________________________________________________________ 9

Liste des notations _________________________________________________________ 10

Introduction ______________________________________________________________ 11

Présentation du barrage ____________________________________________________ 12

I ) Introduction ______________________________________________________________________ 12

II ) Le barrage _______________________________________________________________________ 14

Première partie : Etude bibliographique ________________________________________ 18

Premier chapitre : Etude de régularisation ______________________________________ 19 III ) Introduction ____________________________________________________________________ 19

IV ) Démarches d'analyse ____________________________________________________________ 19

Deuxième chapitre : Les ouvrages annexes ________________________________________ 23

L’évacuateur de crues : ______________________________________________________ 23

I ) Introduction ______________________________________________________________________ 23

II ) L’évacuateur de crues : _____________________________________________________________ 23

III ) Calcul de Laminage : _____________________________________________________________ 25

IV ) Etude géométrique du seuil déversant : _____________________________________________ 28

V ) Etude du coursier de l’évacuateur de crues : ____________________________________________ 32

Dissipation d’énergie : ______________________________________________________ 43

I) Dissipation d’énergie par un bec déviateur _____________________________________________ 43

II) Critère de dimensionnement : _______________________________________________________ 44

III) Trajectoire du jet : _________________________________________________________________ 46

IV) PROFONDEUR DE LA FOSSE D’EROSION ______________________________________________ 47

Dimensionnement de la vidange de fond : ______________________________________ 49

I) Définition de l’organe de vidange : ____________________________________________________ 49

II) Critères de dimensionnement : _______________________________________________________ 49

ii. Conception du chenal à ciel ouvert : ___________________________________________________ 51

Prises d’eau _______________________________________________________________ 58

I) Introduction : _____________________________________________________________________ 58

Troisième chapitre : Vérification de la stabilité __________________________________ 60

I) Forces agissant sur un barrage poids – Sollicitations : _____________________________________ 60

III) Cas de charge _____________________________________________________________________ 66

Deuxième partie : Etude de cas : Barrage Ouljet Es-Soultan ________________________ 71

Premier chapitre : La régularisation. ___________________________________________ 72

Conclusion : ___________________________________________________________________________ 76

Deuxième chapitre : Tarage de l’aval de l’oued __________________________________ 77


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Troisième chapitre : Etude de l’évacuateur de Crues du barrage OUELJET ES-SOULTAN. __ 80

ii. Laminage de la crue du projet : _______________________________________________________ 81

iii. Calage du couronnement ___________________________________________________________ 83

iv. Etude géométrique : _______________________________________________________________ 84

v. Courbe de remous dans l’axe de l’évacuateur. __________________________________________ 85

vi. Profondeur d’eau au voisinage des murs bajoyers. _______________________________________ 88 vii. Hauteur des murs Bajoyers : _______________________________________________________ 92

viii. Dissipation d’énergie : ____________________________________________________________ 94

Quatrième chapitre : la vidange de fond du barrage OULJET ES-SOULTAN. ____________ 96

I) Caractéristiques de la vidange de fond du barrage OULJET ES-SOULTAN : _____________________ 96

II) Etude du pertuis de vidange : ________________________________________________________ 96

III) Vérification du temps de vidange : ____________________________________________________ 97

IV) Courbe de remous dans le chenal à l’aval du pertuis de la vidange : _______________________ 99

Cinquième chapitre : La dérivation provisoire ___________________________________ 106

I) Introduction : ____________________________________________________________________ 106 II) Description : _____________________________________________________________________ 106

III) Calcul de la dérivation provisoire : ___________________________________________________ 107

Sixième chapitre : Prises d’eau_______________________________________________ 112

I) Prises AEP du barrage Ouljet Es-Soultan : ______________________________________________ 112

II) Prise Agricole du barrage Ouljet Es-Soultan ____________________________________________ 113

Septième chapitre : Stabilité du Barrage OUELJET Es-Soultan : _____________________ 114

I) Donnée du projet : ________________________________________________________________ 114

II) Inventaire des charges : ____________________________________________________________ 115

III) Vérification de la Stabilité : _________________________________________________________ 116

Conclusions : _____________________________________________________________ 120

Bibliographie _____________________________________________________________ 121


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LISTE DES FIGURES :

Figure 1: Situation du site du barrage Ouljet Es-Soultan. ..................................................................... 12

Figure 2: Cuvette du barrage Ouljet Es-Soultan .................................................................................... 13

Figure 3 : simulation de la régularisation d’un réservoir. ..................................................................... 20

Figure 4 : schéma de l’algorithme de régularisation ............................................................................. 22

Figure 5 : Schéma hydraulique d’un déversoir. ..................................................................................... 27

Figure 6 : abaque donnant le Paramètre k du seuil de Creager. ........................................................... 29

Figure 7 : schéma du déversoir standard type WES à paroi amont verticale. ...................................... 29

Figure 8 : paramètres de la crête. ......................................................................................................... 30

Figure 9 : Paramètre n du seuil de Creager. .......................................................................................... 30

Figure 10 : Paramètre géométrique du seuil de Creager. ..................................................................... 31

Figure 11 : Paramètre géométrique du seuil de Creager. .................................................................... 31

Figure 12 : Schéma d’un évacuateur de crues convergent ................................................................... 33

Figure 13 : (a) Vue de dessus du volume de contrôle (b) vue illustrant la coupe B-B........................... 34

Figure 14 : Vue de profil de la chute présentant la coupe A-A de la figure 17 (a) ................................ 34

Figure 15 : Vue de profil de la coupe C-C de la figure 17 (a) ................................................................. 35

Figure 16 : Ressaut hydraulique oblique. .............................................................................................. 38

Figure 17: rétrécissement linéaire dans un écoulement torrentiel. ..................................................... 40

Figure 18 : Relation entre θ, β1, Fr1 et Fr2 ........................................................................................... 42

Figure 19 : Modèle d’un bec déviateur à saut de Ski. ........................................................................... 43

Figure 20 Exemple de bec déviateur submergé .................................................................................... 44

Figure 21 : Figure schématisant les paramètres caractéristiques de la cuillère ................................... 45

Figure 22 : Figure schématisant la fouille creusée par le jet, Et les différents paramètres mis en jeu. 47Figure 23 : Ecoulement dans une courbe en régime fluvial .................................................................. 55

Figure 24 : Effet de la courbe sur un fond mobile ................................................................................. 55

Figure 25 : écoulement torrentiel dans une courbe ............................................................................. 57

Figure 26 : profil type d’un barrage poids. ............................................................................................ 60

Figure 27: Poussées de l’eau externe sur une section du corps du barrage. ........................................ 62

Figure 28: Diagramme des sous-pressions dans la section de fondation. ............................................ 63

Figure 29 : Répartition des sous pressions selon les différents pays .................................................... 64

Figure 30 : variation du débit et du NPHE en fonction de la largeur déversante. ................................ 82

Figure 31 : Courbe de laminage de la crue milléniale ........................................................................... 82

Figure 32 : Courbe de capacité de l'évacuateur de crues. .................................................................... 83

Figure 33 : Schéma du profil Creager du seuil de l’évacuateur de crues. ............................................. 85

Figure 34: Courbe de remous dans l'axe de l'EC ................................................................................... 88

Figure 35 : profondeur d’eau au voisinage des murs bajoyers. ............................................................ 89

Figure 36 : profondeur d’eau au voisinage des murs bajoyers. ............................................................ 91

Figure 37 : profondeur d’eau au voisinage des murs bajoyers pour différentes approches. ............... 92

Figure 38 : Hauteur des murs bajoyers. ................................................................................................ 93

Figure 39 : trajectoire du jet. ................................................................................................................. 95

Figure 40 :Pertuis de vidange ................................................................................................................ 96

Figure 41 : Tarage d'un pertuis de vidange. .......................................................................................... 97Figure 42 : Variation de la côte de retenue et de son volume en fonction du temps (1er scénario) ... 98

http://c/Users/Adil/Desktop/Adil%20MOUNIR%20et%20Hicham%20OUALLA/WORD/Rapport.docx%23_Toc424277508http://c/Users/Adil/Desktop/Adil%20MOUNIR%20et%20Hicham%20OUALLA/WORD/Rapport.docx%23_Toc424277508


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Figure 43 : Variation de la côte de retenue et de son volume en fonction du temps (1er scénario) (2ème

scénario) ................................................................................................................................................ 99

Figure 44 : Courbe de remous et hauteur des murs bajoyers (1er tronçon du chenal) ..................... 100

Figure 45 : Hauteurs d’eau au niveau des murs externes et internes au chenal courbe .................... 104

Figure 46 : hauteur des murs au tronçon 2 de chenal ........................................................................ 104

Figure 47 : trajectoire du jet. ............................................................................................................... 105

Figure 48 : Courbe de remous au chenal amont de dérivation........................................................... 107

Figure 49 : Courbe de remous et hauteur du mur bajoyer au chenal amont de dérivation ............... 108

Figure 50 : Courbe de remous au pertuis amont de dérivation .......................................................... 109

Figure 51 : Courbe de remous et hauteur du mur bajoyer au chenal aval de dérivation ................... 110

Figure 52 : Courbe de tarage des prises AEP ....................................................................................... 112

Figure 53 : Courbe de tarage de la prise agricole. ............................................................................... 113

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LISTE DES TABLEAUX :

Tableau 1 : des valeurs approchées de K et de n en fonction de la pente du parement amont du

déversoir ................................................................................................................................................ 29

Tableau 2 : différentes formule pour le calcul de la profondeur de la fosse d'érosion ........................ 48

Tableau 3 : Section correspondante à chaque coefficient de perte de charge .................................... 50

Tableau 4 : Cas de charge ...................................................................................................................... 66

Tableau 5: valeurs minimales des coefficients de sécurité au renversement ...................................... 68

Tableau 6 : Normes de satisfaction de l’AEPI et de l’irrigation ........................................................... 73

Tableau 7 : Modulation pluviométrique de la retenue ......................................................................... 73

Tableau 8 : Répartition de l’évaporation au cours de l’année. ............................................................. 74

Tableau 9: Modulation mensuelle de la demande d’AEPI: ................................................................... 74

Tableau 10:Modulation mensuelle de la demande d’irrigation ............................................................ 74

Tableau 11: résultats de la simulation pour le premier scénario. ......................................................... 75

Tableau 12 : résultats de la simulation pour le deuxième scénario. ..................................................... 76

Tableau 14: Débits évacués et niveaux des plus hautes eaux pour différentes largeurs déversantes . 81

Tableau 15 : Résultats du calcul de laminage. ...................................................................................... 84

Tableau 16 : paramètre de calcul de la cuillère. ................................................................................... 94

Tableau 17 : résultats de calcul de la profondeur de la fosse. .............................................................. 95

Tableau 18 : coefficients de perte de charge ........................................................................................ 97

Tableau 19 : Données nécessaire pour la détermination de la courbe de remous (chenal de la vidange

de fond) ................................................................................................................................................. 99

Tableau 20: Variantes du chenal courbe ............................................................................................. 101

Tableau 21 : Détermination des données de base du chenal courbe ................................................. 101Tableau 22 : calcul de l’angle central θ et du nombre de basculement ............................................. 102

Tableau 23 : calcul des hauteurs maximales et minimales ................................................................. 102

Tableau 24 : choix de la variante angle et rayon de courbure ............................................................ 103

Tableau 25 : paramètre de calcul de la cuillère. ................................................................................. 105

Tableau 26 : Paramètres nécessaires à la conception du chenal amont ............................................ 107

Tableau 27 : Données de base du pertuis ........................................................................................... 108

Tableau 28 : Données de base du chenal aval .................................................................................... 109

Tableau 29 : valeur des différentes charges pour RN et NPHE. .......................................................... 115

Tableau 30 : valeur du Facteur sécurité au glissement Fg, pour différents cas de charge ................. 116

Tableau 31 : valeur du Facteur sécurité au renversement Fr, pour différents cas de charge ............ 116

Tableau 32 : Valeur des contraintes transmises à la fondation .......................................................... 118


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Liste des notations

Vi : Vitesse à la section i (m/s).

y1, y2 : Les deux profondeurs conjuguées du ressaut (m).

y : Profondeur d’eau (m).

z : Cote (m).

Q : Débit (m3/s).

q : Débit unitaire (m3/s/m).

ρ : Masse spécifique de l’eau (kg/m3).

g : Constante d’accélération gravitationnelle (m/s2).

Fr : Nombre de Froude.

L : Longueur (m).

B : Largeur du canal (m).

A : Section de l’écoulement (m²).

R h : Rayon hydraulique (m)

hc : Profondeur critique (m).

hn : Profondeur normale (m).H : La charge (m).

K : Coefficient de rugosité de Strickler (m1/3

s-1

).C : Coefficient de Chézy (m1/2s-1).

Ki : Coefficient de perte de charge.

∆H : Perte de charge.

S0 : Pente du radier.

i : Pente de l’oued (%).

t : Temps en (s).

r : Rayon (m).

∆z : Surélévation (m). : Poids volumique de l’eau (KN/m3).


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INTRODUCTION

Nous avons été sollicités dans le cadre de notre projet de fin d’études afin de faire

l’examen de l’écoulement hydraulique dans le coursier de l’évacuateur de crues du barrage

Ouljet Es-Soultan ainsi que dans le chenal de sa vidange de fond. L’objectif principal est detracer la ligne d’eau au niveau de ce coursier et de ce chenal afin de déterminer la hauteur à

donner aux murs bajoyers.

En effet, le barrage d’Ouljet Es-Soultan qui fait l’objet de ce rapport comporte deuxsingularités majeures. Le coursier de son évacuateur de crues a été contraint de converger surune longue distance. Ainsi, l’étude des phénomènes qui en découlent s’impose. D’un autre

côté, le chenal de vidange comporte aussi une particularité. Il s’agit d’une partie courbe. Cela

entraîne également des phénomènes qu’il ne faut pas négliger.

Par ailleurs, nous avons compléter l’étude par d’autres calculs relatifs à un projet barrage.

Il s’agit de calcul de régularisation qui vise à vérifier la satisfaction des besoins en respectant

les contraintes de déficit, le calcul de laminage qui permet de connaître les paramètresnécessaires à faire l’étude du coursier de l’évacuateur de crues, et enfin la vérification de la

stabilité du corps du barrage.

La démarche de l’étude est la suivante :

Nous entamerons l’étude de régularisation puis nous enchaînerons avec les ouvragesannexes en procédant comme suit : tarage de l’aval de l’oued, l’évacuateur de crues, lavidange de fond. La dernière partie consiste à étudier de stabilité du barrage.

Dans le présent rapport nous avons présenté d’abord le barrage. Ensuite, nous avons exposéune première partie qui est l’étude bibliographique. Puis, nous avons présenté l’étude de cas qui

est l’application au barrage Ouljet Es-Soultan.


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PRESENTATION DU BARRAGE

I ) Introduction

I-1 ) Situation générale :

Le barrage Ouljet Es-Soultan se situe sur l’oued Beth, en amont du barrage d’El Kansera, ausud-est de Khémisset.

Figure 1: Situation du site du barrage Ouljet Es-Soultan.

Barrage

Ouljet Essoltane

Khémisset

Meknès

Maaziz

Oulmes


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I-2 ) Choix et description du site du barrage d’Ouljet Es-Soultan :

Le bassin versant de l’Oued Beht est actuellement contrôlé par le barrage El Kansera,construit en 1935 et surélevé en 1969. Ce barrage contrôle un bassin versant de 4535 km 2 et

permet de régulariser un volume de l’ordre de 193 Mm3

, pour un apport moyen interannuel de374 Mm3.

Les eaux du barrage El Kansera sont utilisées actuellement pour l’irrigation des périmètres agricoles de Sidi Slimane (plaine du Gharb), et les débits lâchés sont en partieturbinés par l’usine hydro-électrique associée au barrage.

Malgré la surélévation du barrage de 5 mètres en 1969, il continue à déverserfréquemment, alors que les eaux ne peuvent être récupérées par aucun ouvrage à l’aval. Pour

cette raison, l’Administration a opté pour la recherche de sites à l’amont d’El Kansera

permettant de renforcer la régularisation de l’oued Beht.

Le site de Sidi Boukrichlet, situé à 15 km à l’amont d’El kansera, a été identifié dès 1969,

mais a dû être écarté en raison de problèmes d’étanchéité de la cuvette.

Figure 2: Cuvette du barrage Ouljet Es-Soultan


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En remontant l’oued Beht plus à l’amont, on rencontre la plaine de Souk El Arba del’Oued Beht, puis après traversée de gorges sur une quinzaine de kilomètres, la cuvette d’Ouljet

Es-Soultan.

Le site du barrage Ouljet Es-Soultan se trouve à l’entrée de cette cuvette, à environ 45 kmà vol d’oiseau à l’amont du barrage El Kansera.

Au droit du site, la superficie du bassin versant contrôlée est de 2433 km2 (54 % du BVd’El Kansera) et l’apport moyen annuel de l’oued Beht est de 263 Mm3, soit 70 % de l’apport

au barrage El Kansera.

I-3 ) Buts assignés au barrage :

Les buts assignés au barrage Ouljet Es-Soultan sont les suivants :

L’augmentation du volume régularisé pour l’irrigation,

L’alimentation en eau potable et industrielle de la zone de Khémisset,

La limitation des débordements à l’aval d’El Kansera,

I-4 ) caractéristiques générales :

La variante barrage poids en béton compacté au rouleau (BCR) (cote RN = 370.00 NGM)fait l’objet de la présente étude. Les principaux ouvrages constituant l’aménagement du barrage

Ouljet Es-Soultan sont les suivants :

Un barrage poids en béton compacté au rouleau avec un couronnement situé à la cote375.50 NGM et une longueur de 383.30 m environ. Le niveau de retenue normale estfixé à la cote 370.00 NGM ;

Un évacuateur de crues à seuil libre implanté sur le parement aval du barrage en partie centrale ;

2 pertuis rectangulaires de vidange de fond, disposés dans le corps du barrage en rivegauche ;

2 pertuis de dérivation provisoire disposés au pied de la rive droite, associés à deux batardeaux amont et aval en remblai ;

II ) Le barrage

Il est de type barrage en BCR. Il a une hauteur maximale sur fond de fouilles de 96 menviron, une longueur en crête de 383.30m environ.

Le profil du barrage comporte :

Un parement amont en marches d'escalier au fruit de 0.5H/1V ;

Un parement aval également en marches d'escalier au fruit de 0.7H/1V ;

Deux galeries internes pour le traitement et le drainage de la fondation (galerie de pied et galerie de liaison) ;

Une crête de 8 m de largeur qu'il est possible de réaliser en BCR ;


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Deux murets formant les parapets amont et aval ayant des hauteurs respectives de1.00 et 0.20 m.

II-1 ) L’évacuateur de crues

L’évacuateur de crues du barrage Ouljet Es-Soultan est constitué d’un déversoir en seuillibre, à profil Creager classique, suivi d’un coursier en béton armé, et qui se termine par unecuillère de restitution.

Il comprend les ouvrages suivants :

Un seuil déversant en profil Creager classique, calé à la cote retenue normale 370.00 NGM, et dont la largeur est de 120 m,

Un coursier constitué par une dalle en béton armé de 60 cm d’épaisseur coulée surles marches du parement aval,

Une cuillère de restitution, placée à la fin du coursier.L’évacuateur est dimensionné pour le transit de la crue de projet milléniale, dont le débit

de pointe est de 3 100 m3/s Au passage de la crue de projet avec un plan d’eau initial à la cotede retenue normale.

II-2 ) La vidange de fond

La vidange de fond est conçue de manière à pouvoir vidanger complètement la retenueen vingt jours. Elle est disposée du côté de la rive droite du barrage à la cote 310.00 NGM pourne pas gêner le chantier du BCR.

La restitution à l’aval se fait à travers un chenal courbe qui ramène l’eau au fond de la

vallée.

Chaque pertuis se compose des ouvrages suivants :

Une forme d’entonnement à l’entrée de la vidange, calée à la cote 310.00 NGM,

Un convergent 3.40m*2.80m / 2.70m*2.80m d’une longueur de 2 m,

Les blindages complets des rainures des deux vannes de garde,

Les organes de contrôle de la vidange de fond sont :

Deux vannes de garde de type wagon, commandées à partir d’une chambre decommande calée à la cote 370.00 NGM environ, par l’intermédiaire d’un train de

brimbales,

Deux vannes de réglage de type segment contrôlées à partir d’une chambre avale de

commande dont le radier est calé à la cote 317.50 NGM environ,

Un by-pass 800, placé sur le côté droit de la vidange de fond, équipé d’une grille,d’un convergent rectangle-rond 2000*1000/ 800, d’un convergent 800/ 600,d’une vanne de garde à opercule 800, d’une ventouse à simple effet installée entre

les deux vannes et d’une vanne de réglage jet creux 600.


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II-3 ) Le drainage de la fondation

Il est prévu d’exécuter un voile de drainage en forages inclinés vers l’aval de 15°, issus

de la galerie de pied amont afin de protéger le barrage contre le développement des sous- pressions. La profondeur des forages dans le rocher varie de 50 m en fond de vallée, de 50 à 23

m en rive droite et de 50 à 20 m en rive gauche. La galerie de pied amont à partir de laquelle sera effectué le drainage, est calée en fond

de vallée à la cote 295.00 NGM, soit environ 1.50 m au-dessus de la cote des plus hautes eauxaval (293.50 NGM). Ce qui permettra une évacuation gravitaire des eaux de drainage même àl’occurrence de la crue de projet.

Les forages sont partout espacés de 3 m. Tous les drains seront perforés en destructif, audiamètre de 115 mm et équipés de tubage PVC crépiné.

Quand les drains sont trop proches du voile d'étanchéité, ils seront équipés d'un tubage plein scellé au mortier de ciment sur une profondeur allant jusqu'à s'écarter de ce voile d'au

moins 5 m, pour éviter les gradients trop forts.

II-4 ) Contrôle des eaux pendant les travaux

Le barrage étudié étant BCR, les ouvrages de dérivation sont dimensionnés de manière à pouvoir transiter les crues de chantier de période de retour de 20 ans.

Le système de dérivation provisoire des eaux lors de la construction du barrage peut êtresubdivisé en quatre phases :

a) La première phase : Etant donné l’importance des travaux en fond de vallée du barrage Ouljet Es-Soultan, les eaux de l’oued transiteront par son lit mineur dans la partie gauche durant cette phase, pour permettre la réalisation des excavations du barrage en rives et la partie centrale du côté de la même rive et la construction desdeux pertuis de la dérivation provisoire ;;

b) En seconde phase, l’oued s’écoulera à travers les deux pertuis de la dérivation provisoire réalisés en première phase moyennant le prolongement de ces derniers àl’amont et à l’aval par deux chenaux d’amenée et de restitution. Au cours de cette

phase, les travaux du barrage essentiels seront réalisés, notamment les excavations dela partie rive gauche et les remblais en BCR ;

c) La troisième phase consistera au bouchage du pertuis droit ; les eaux s’écoulerontdurant cette phase par le pertuis gauche ;

d) La dernière phase des travaux se consacrera au bouchage du pertuis gauche et la miseen eau du barrage.

Les différentes phases de dérivation sont explicitées ci-après :


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MODE DE DERIVATION TRAVAUX

PHASE I Lit naturel de l'oued Fouilles du barrage en rives

Fouilles et bétons des pertuis de DP

PHASE II Pertuis de dérivation provisoire

Batardeau amont et aval Fouilles en fond de vallée Bétons du barrage Injections

Equipement électromécanique

PHASE III Pertuis gauche Bouchon pertuis droit

PHASE IVFermeture finale en périodesèche

Bouchon pertuis gauche Mise en eau


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PREM IERE PARTIE :

ETUDE

BIBLIOGRAPHIQUE


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PREMIER CHAPITRE : ETUDE DE REGULARISATION

III ) Introduction

La régularisation des apports dans un bassin versant, comme son nom l’indique, est un

procédé permettant d’une part d’atténuer les effets des crues dans le cas des inondations et

d’autre part de garantir un débit avec un certain degré de satisfaction suite aux demandes desconsommateurs (AEP, Irrigation, Industrie, …etc.), surtout dans les années de sécheresses, à

l’aide d’un certain aménagement hydraulique (barrage ou réservoir) de taille optimale.

IV ) Démarches d'analyse

Equations de bases :

Pour chaque pas de temps t: – – – = ∆ Avec :

A : apport

∆ : Variation du stockage de la retenu.

Et pour chaque pas de temps t :

• E = E (V(t)) : évaporation

• P = P (V(t)) : précipitation

• O = O (V(t)) déversement

• F= F (D, V(t)) : La Fourniture est modulée en fonction de la demande et du volume disponible.Pour notre cas il s’agit de l’AEPI et l’irrigation.

Donc Connaissant l'état initial V(t) on peut déterminer :

• L'état final V(t+Δt) • Le volume fourni F

• Le volume déversé O.

Le schéma ci-dessous illustre les différents volumes en simulant le barrage à un réservoir.


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Figure 3 : simulation de la régularisation d’un réservoir.

Pour résoudre l’équation bilan, on va procéder à une approche par simulation, c’est-à-direqu’on va faire une simulation de fonctionnement du barrage dans le future en utilisant les sérieshydrologique des apports des années précédentes.

Le volume de la retenue en eau ne doit pas être inférieur au volume de la tranche morte.

Algorithme de simulation :

Pour tester la validité de la hauteur choisie on doit suivre la démarche suivante :

On commence tout d’abord par le choix d’un volume initial et on effectue une

comptabilisation des volumes d’eau entrant et sortant du barrage au pas mensuel (apports, pluies, évaporation, évacuation, AEPI, irrigation), tout en tenant compte des éventuellesdéversées évacuées par le déversoir à la suite de chaque ajout.

Algorithme de travail :

Pour le mois M.

1. On commence par un volume initial V0.2. En retranchant du volume initial V0 l’évaporation puis en y ajoutant les apports de

l’oued on obtient un volume V1.


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3. Si le volume V1 est supérieur au volume normal donné par la cote normale, à partirde la courbe HSV, on calcule le déversement V = V V et on le retranche duvolume V1, on obtient un volume V2=V1-Vd. Le volume V2 est le volumedisponible.

4. Après avoir calculé le volume disponible V2 on passe à la satisfaction des besoinsen calculant les volumes qui peuvent être alloués à l’AEPI et l’irrigation.Pour l’AEPI - Si V2VTM et V2VTM+besoin AEPI VAEPI= besoin AEPI.

On calcule le volume disponible V3=V2-VAEPI selon les cas présenté ci-dessus.

Le déficit sera évalué comme suite

é=1

5.

Pour l’irrigation- Si V3VTM et V2VTM+ besoin Irrigation Virrigation = besoin AEPI.

On calcule le volume disponible V4=V3- Virrigation selon les cas présenté ci-dessus.

Le déficit sera évalué comme suite é=1 6.

On passe au mois M+1 avec le volume initial du mois M+1= V4. Et on reprendl’algorithme.

Le schéma suivant illustre clairement l’algorithme.


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Figure 4 : schéma de l’algorithme de régular isation


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Deuxième chapitre : Les ouvrages annexes

L’EVACUATEUR DE CRUES :

I ) Introduction

Le fonctionnement du barrage est lié étroitement aux ouvrages hydrauliques qui font partiede la structure globale. En effet, il y a une interaction importante entre la retenue (capacité,hauteur, allure topographique), le barrage et les ouvrages annexes qui ne peuvent être étudiésindépendamment dans l’établissement d’un projet de barrage.

Les organes hydrauliques d’un barrage sont :

Les ouvrages évacuateurs de crues, Les ouvrages de vidange, Les ouvrages de prise. La dérivation provisoire.

II ) L’évacuateur de crues :

L’objectif de l’évacuateur de crues est l’évacuation de surplus d’eau qui ne peut êtrestocké au passage d’une crue.

Cet ouvrage présente une part importante du coût de l’aménagement. Il est, par conséquent,nécessaire d’examiner comment on peut réduire son coût en utilisant les matériaux locaux, et

ce, tout en garantissant une protection maximale à l’aval et une bonne sécurité de l’ouvrage. Il

est à noter qu’un bon niveau de protection et de sécurité dépend étroitement de la fiabilité desdonnées hydrologiques.

II-1 ) Importance des évacuateurs de crues

L’objectif premier d’un évacuateur de crues est d’offrir un moyen de contrôle de

l’écoulement à partir du réservoir jusqu’au pied aval du barrage et de constituer un organe de

prévention contre les inondations, que ce soit en combinaison avec pertuis ou vidanges-de-fond,ou dans certains cas, en tant que structure unique de contrôle des crues.

Si l’on excepte les quelques retenues dont le remplissage est complètement maitrisé, un barrage est toujours équipé d’un évacuateur de crues. Quelques barrages poids ou poids voute,

en maçonnerie ou en béton, sont entièrement déversants : l’évacuateur de crues est alors le barrage lui-même.

L’importance de l’évacuateur est très variable d’un type de barrage à l’autre :

Barrage en remblai : l’évacuateur est absolument fondamental, car un tel barrage nerésiste pas aux déversements ;


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Un barrage poids en maçonnerie ou en béton résiste habituellement bien auxdéversements. Cependant, surtout lorsque sa hauteur est faible, sa stabilité est fortementliée au niveau atteint par les plus hautes eaux. En outre, un déversement peut dégraderun remblai de confortement aval et diminuer la stabilité de l’ouvrage ;

Un barrage voute résiste habituellement bien aux déversements. C’est le type de

barrage qui tolère le mieux une sous-évaluation de la crues de projet ; Un barrage à contreforts est à considérer de ce point de vue, comme une variante du

barrage poids.II-2 ) Fonction des évacuateurs de crues

La fonction de l’évacuateur de crues est de permettre d’évacuer, en toute sécurité, les eaux

excédentaires qui arrivent dans la retenue. Ces eaux excédentaires sont :

Les crues sur les cours d’eau qui alimentent la retenue, ainsi que le ruissellement directsur la retenue ;

Pour les retenues alimentées par pompage ou par dérivation, les débits excédentairesdérivés vers la retenue : erreur d’arrêt d’alimentation à retenue pleine, débit dérivésupérieur aux prévisions ; etc.

II-3 ) Critères de choix d’un évacuateur de crues

Le nombre et la variété des critères de choix et de conception d’un évacuateur de crues,

donnent naissance à une diversité de types de structures. C’est précisément l’art de l’ingénieurde concevoir des dispositifs d’évacuation à la fois économiques et sûrs, qui s’adaptent bien auxconditions imposées.

Le choix d’un évacuateur de crues résulte le plus souvent d’un compromis entre de

nombreuses contraintes. Mis à part le souci du coût de construction et la disponibilité en maind’œuvre, les facteurs intervenants dans le choix des évacuateurs de crues sont :

La qualité des prévisions de crues, dont la fiabilité est liée à l’étendue et à la valeurdes informations collectées dans le passé, en ce qui concerne le régime du cours d’eauet les précipitations exceptionnelles du site. En général, les évacuateurs de crues desurface sont les plus usités en cas d’incrédibilité de telles études, puisque le débit reste

contrôlé par le seuil d’entrée pour tous les niveaux au-dessus du niveau normal deretenue, contrairement aux évacuateurs en charge, dont la capacité diminue au fur et àmesure que la capacité du réservoir augmente ;

La conception du barrage, dont l’influence est grandiose quant à la possibilitéd’incorporer tout ou une partie des évacuateurs. En effet, les barrages en remblai,contrairement à ceux en béton, requièrent des évacuateurs séparés pour lesquels laréorientation du flot déversant à l’aval pose constamment un problème difficile ;

Les conditions topographiques et géologiques, dont la mesure où un site peutnaturellement être favorable à un évacuateur de surface non vanné ou à des ouvragessouterrains avec ou sans possibilité de mise en charge ;

L’intensité de la séismicité de la zone d’aménagement ; dont la mesure où il y a euidentification des zones assujetties d’une part, aux glissements de terrain et aux

écroulements en masse, et d’autre part, aux instabilités souterraines et aux chutes de blocs.


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Les possibilités de suivi et d’entretien, dépendant de la durée entassée defonctionnement et de la susceptibilité du développement des dégradations par cavitationet abrasion ;

L’utilisation à l’aval du barrage, sur un autre registre, les incertitudes de l’hydrologie,

mais aussi les difficultés de mise en œuvre et d’entretien conduisent presque toujours àécarter les évacuateurs en charge de type tulipe. Souvent, les objectifs visés d’un projet

et ses effets sociaux, environnementaux, et économiques influencent ledimensionnement hydraulique de l’évacuateur de crues. Une optimisation de laconception et de l’exploitation nécessite un bon sens du concepteur, quant à la précision,

la fiabilité des calculs, la délicatesse, et les variations possibles des données utilisées.L’importance croissante des considér ations environnementales, nécessite que leconcepteur maintienne une liaison étroite avec d’autres disciplines pour s’assurer que

l’aspect environnemental ainsi que d’autres objectifs sont satisfais lors dudimensionnement.

III ) Calcul de Laminage :

III-1 ) Généralités :

Le laminage de la crue dans le contexte de notre projet est un laminage artificiel car il sefait à travers un réservoir. Il s’agit de la réduction du débit de pointe de son hydrogramme. En

effet, lorsqu’une onde de crues entre dans la retenue, le débit sortant par l’évacuateur de crues

produit un hydrogramme ayant une pointe décalée dans le temps et plus faible que la pointe del’hydrogramme d’entrée. Ainsi, le fait de stocker de l’eau permet non seulement d’avoir unvolume retenu durant les périodes d’étiages, afin de satisfaire les différents besoins en eau

potable, irrigation et production d’électricité, mais permet aussi de diminuer considérablement

le danger des inondations à l’aval de l’organe de déversement.

III-2 ) Objectif :

Dans cette partie nous allons essayer de déterminer plusieurs paramètres qui vont être utiles pour le dimensionnement de l’évacuateur de crues. L’objectif principal de l’étude de laminage

est de connaître comment se transforme la courbe de l’hydrogramme au fur et à mesure que lacrue se propage de l’amont vers l’aval dans le déversoir.

Une fois ce hydrogramme connu, d’autres résultats vont se déduire naturellement,

notamment le débit maximal de sortie, la hauteur maximale de la lame évacuée qui va constituerla hauteur des PHE, le taux de laminage et la variation de la côte de la retenue avec le temps

pendant le processus de déversement.

III-3 ) Principe de calcul :

En vue de répondre aux objectifs de cette partie, nous allons commencer par traiter le principe et la démarche de calcul de laminage des crues.


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Nous allons fonder cette partie sur l’équation de continuité exprimant le principe de

conservation de la masse. C’est-à-dire que le taux de variation de l’emmagasinement est égal àla différence entre les débits entrant et sortant :

I O = dSdt Où I (Inflow) est le débit entrant Qe,O (Outflow) est le débit sortant Qs,

S est l’emmagasinement de l’eau dans le tronçon.

III-4 ) Formulation :

Nous commençons tout d’abord par établir un modèle mathématique du réservoir et puisnous allons faire une simulation pour le passage de la crue de projet.

Le modèle mathématique est la discrétisation avec un pas de temps ∆t de l’équation de

continuité cité ci-avant. Il est bien évident que plus le pas de temps est petit plus la simulationest bonne. Ainsi nous obtenons :

+ = 12

12

Avec:

- Qe(t) et Qe(t+1) sont respectivement les débits entrants au début et à la fin del’intervalle de temps ΔT, en m3/s.

- Qs(t) et Qs(t+1) sont respectivement les débits sortant au début et à la fin du mêmeintervalle de temps ΔT, en m3/s.

- S(t) et S(t+1) sont respectivement les volumes stockés au début et à la fin de cetintervalle, en m3.

- ΔT est l’intervalle de temps, en secondes.

Les étapes suivantes exposent le mécanisme de l’opération :

Nous partons d’un instant t, nous connaissons l’état de la retenue à l’instant t-1 (côte Zt-1). Nous allons considérer que pour t = 0 h la retenue est à son niveau normal. Connaissantles débits d’entrées Qe,t et Qe,t+1, nous calculons le volume entrant :V, = Q, Q,+2 Δt

Nous calculons le nouveau volume du réservoir Vt = Ve, t + Vactualisé, t-1.

Nous cherchons la cote Zt correspondante d’après la courbe Hauteur -surface-Volume(HSV).


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Nous trouvons le débit sortant Q, = KL 2Z Z / avec LD représente la longueur déversante de l’évacuateur en question et K D le coefficientde débit.

Nous calculons la valeur du volume

V, = , +,Δ

t.

Nous retranchons la valeur du volume Vt le volume Vs, t pour trouver le volume actueldu réservoir Vactualisé, t = Vt – Vs, t.

Nous faisons correspondre au volume actuel Vactualisé,t réel la cote Zt,réelle.

Remarque :

A l’état initial (t = 0 h), nous n’allons avoir ni entrée de la crue ni déversement. Lorsque le volume de la retenue se trouve entre deux volumes de la courbe (HSV),

nous allons déduire la côte de la retenue par interpolation linéaire.

Le débit sortant correspond au débit déversé est calculé en se référant au [3] :Q, = KL 2Z Z /

Figure 5 : Schéma hydraulique d’un déversoir.

Le coefficient d’un déversoir K D dépend :

De la courbe et de la contraction des lignes de courant au-dessus du déversoir,

De l’effet de la viscosité et de la turbulence, ainsi que de la tension superficielle, De la vitesse d’approche, U1, elle-même dépend du rapport, HD/H,

De la forme géométrique et de la rugosité du déversoir.

En génie hydraulique, seule l’influence de la forme géométrique est prise en

considération, toute autre influence étant ignorée.

Pour un déversoir de section rectangulaire, nous calculons habituellement le débit, Q, en

utilisant l’équation Q, = KL 2Z Z / Le coefficient du déversoir, K D dépend de la hauteur de la paroi mince, HD, et de la

profondeur d’eau en amont, HD + H.


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Il est donné par la relation empirique de Rehbock : =0.610.08

< 6

IV ) Etude géométrique du seuil déversant :

Cette étude a pour objectif de justifier les dimensions du profile géométrique de la crête.

Lorsque l’on souhaite améliorer l'écoulement et éviter des dépressions entre la lame d'eauet le béton, et aussi des surpressions appliquées par la lame d’eau sur le coursier de l’évacuateurde crues, on donne aux seuils la forme de la surface libre d'une lame déversante. Le profilclassiquement utilisé est le profil Creager.

IV-1 ) Profil géométrique de la crête :

Entre les années 1932 et 1948, des expériences sur la forme de la nappe liquide franchissantun déversoir à paroi mince ont été effectuées par l'USBR (1948).

En considérant en outre les résultats obtenus par Bazin (1888-1898), l'USBR définit lescoordonnées des surfaces inférieure et supérieure de la nappe pour des déversoirs à paroi amontverticale ou inclinée. Les résultats de ces essais expérimentaux ont été utilisés par l'USCE (U.S.Army Corps of Engineers) et plusieurs formes standard ont été développées et sont désignées

par WES (Waterways Experiment Station).

Ces formes répondent à l'équation suivante :

= Avec :

X : coordonnée suivant un axe horizontal amont aval.

Y : coordonnée suivant un axe vertical descendant

: charge au-dessus du seuil pour les plus hautes eauxK et n : coefficients dépendant du rapport de dimensionnement , et du fruit du parementamont.

h : Énergie cinétique au-dessus de la crête h = .Les paramètres K et n sont tirés des abaques.

Le tableau suivant regroupe des valeurs approchées de K et de n en fonction de la pentedu parement amont du déversoir standard, selon ([3]).


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Tableau 1 : des valeurs approchées de K et de n en fonction de la pente du parement amont dudéversoirFruit amont K nVertical 2.000 1.8503/1 1.936 1.836

3/2 1.939 1.8103/3 1.873 1.776

On a encore d’après [1] l’abaque suivante qui donne les deux paramètres du profil Creager.

Figure 6 : abaque donnant le Paramètre k du seuil de Creager.

La figure suivante montre le schéma détaillé du déversoir standard type WES à paroi amont

verticale correspondant, aux valeurs K = 2,000 et n = 1,850.

Figure 7 : schéma du déversoir standard type WES à paroi amont verticale.


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Les autres paramètres pour la conception de l’arrière côté de la crête, à savoir le

raccordement entre le parement amont et la crête qui a une forme courbe constituée d’un arc decercle, dont le rayon et la distance de l’extrémité d’arc à l’axe de la crête, sont donnés par la

figure suivante selon ([1] )

Figure 8 : paramètres de la crête.

Ou encore selon les abaques donnés suivantes

Figure 9 : Paramètre n du seuil de Creager.


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Figure 10 : Paramètre géométrique du seuil de Creager.

Figure 11 : Paramètre géométrique du seuil de Creager.


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V ) Etude du coursier de l’évacuateur de crues :

V-1 ) Profondeur d’eau au voisinage des murs bajoyers :

La topographie, et la géologie du site, impose parfois que les évacuateurs de crues soient

convergents. Cette convergence induit une augmentation de la profondeur d’eau à côté des murs bajoyers et modifie le design du bassin amortisseur comparé aux évacuateurs de crues droitstraditionnels.

Dans ce qui suit nous allons présenter une analyse approchée de l’équati on de quantité demouvement simplifiée qui va nous permettre à la fin, d’avoir une expression qui va nous fournir

la profondeur d’eau au voisinage des murs bajoyers, en fonction de la profondeur dans l’axe de

l’évacuateur de crues, l’angle de convergence et la pente de l’évacuateur de crues. Ceci dans le but de définir une hauteur minimale des murs bajoyers qui va assurer une protection contre lasubmersion.

1-1 ) Influence de la convergence :

Le fait que le coursier de l’évacuateur de crues soit un canal conve rgent, va donner lieu àdes ondes de choc (d’après[5]) provoquant ainsi des profondeurs plus importantes aux droitsdes murs bajoyers, que celles déterminées par l’équation différentielle de la courbe de remous.

L’estimation de ce surplus a été abordée dans plusieurs études, dont la plus récente et celleque nous allons présenter dans le présent rapport. Il s’agit de l’analyse simplifiée de l’équationde la quantité mouvement ([5]). Nous allons aussi aborder l’analyse classique qui consiste en

la simulation de cette onde de choc par un ressaut hydraulique oblique.

Dans ce qui suit nous allons présenter les deux approches et nous allons les appliquer ànotre évacuateur de crues.

1-2 ) l’analyse simplifiée de l’équation de la quantité mouvement:

Cette approche consiste à définir un volume de contrôle, et les efforts qui lui sont appliqués,et appliquer l’équation de la quantité de mouvement dans sa forme vectorielle. On l’appelleanalyse simplifiée de l’équation de la quantité mouvement, c’est la conservation de la quantité

de mouvement dans un canal à surface libre non prismatique. Selon [5]

Dans ce qui suit on reprend le développement théorique déjà établi par [5].


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Ici on présente le schéma d’un évacuateur de crue convergent d’un barrage BCR.

Figure 12 : Schéma d’un évacuateur de crues convergent

Avec :

: Angle de la pente du coursier de l’évacuateur de crues. : Angle de convergence du coursier de l’évacuateur de crues.

Tout d’abord, nous commençons par le choix d’un volume de contrôle. La figure suivantemontre une vue de dessus et une vue de profil du volume de contrôle :


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Figure 13 : (a) Vue de dessus du volume de contrôle (b) vue illustrant la coupe B-B

Et après avoir précisé le volume de contrôle, nous passons à la définition de quelques

quantités vectorielles qui vont nous être utiles pendant l’application de l’équation de laconservation de la quantité de mouvement :

Figure 14 : Vue de profil de la chute présentant la coupe A-A de la figure 17 (a)


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Figure 15 : Vue de profil de la coupe C-C de la figure 17 (a)

Fixons la notation suivante :

i : vecteur unitaire dans la direction des X.

j : vecteur unitaire dans la direction des Y.

k : vecteur unitaire dans la direction des Z.

Le vecteur unitaire ( chute présenté dans la figure 18) perpendiculaire à la facede chute est:

=. c o s . Le vecteur unitaire parallèle à la vitesse de chute du coursier de l’évacuateur de

crues : =cos . s i n . Le vecteur unitaire est le vecteur perpendiculaire à la face du volume de

contrôle opposé au mur bajoyer :

= cos sin . c o s cos . s i n . Avec :

Ψ : est l’angle formé dans le plan X-Y qui pour 0 indique que les murs sont parallèles àl’écoulement. Ψ est fonction de . Elle est donnée par = tan−sin tan

Le vecteur unitaire est le vecteur normal au mur bajoyers = s in . c o s . Le vecteur unitaire est le vecteur directeur de la vitesse le long des murs

bajoyers ce vecteur est une fonction des angles ϴ et ψ2

=cos cos. c o s sin. s i n .


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Ψ2 : est l’angle formé dans le plan X-Y illustrée dans la figure ci-avant. Elle est donnée par =tan−cosφ .tan.- i ) Hypothèse de calcul :

L’analyse d’un tel volume de contrôle est compliquée par le fait que la direction de lavitesse et de la pression ne sont pas uniformes. De ce fait, des hypothèses simplificatrices sontnécessaires afin de rendre l’application du théorème de la conservation de la quantité demouvement plus simple :

la distribution de la vitesse est uniforme dans la direction de la chute. la vitesse change de direction instantanément après le choc et devient parallèle a . La pression est hydrostatique dans les deux murs bajoyers et dans la zone non affectée

par l’onde de choc. On suppose que les contraintes de cisaillement dans le lit de l’évacuateur et dans les

murs sont données suivant

.

- ii ) Les forces appliquées sur le volume de contrôle :

Soit y la profondeur d’eau dans l’axe de l’évacuateur de crue a une section d’abscisse,

et la profondeur au voisinage du mur dans la même section d’abscisse x. L’ensemble des forces appliquées sur le volume de contrôle :

La force de pression appliquée par le mur :

= 12 . cos . La force de pression appliquée par la partie du fluide non affectée par l’onde de choc :

= 12 . cos . Le poids du volume de contrôle :

= . Pour bien évaluer la vraie valeur du poids du volume de contrôle il faut connaitre ladistance .

Hunt et Kadavy (2006) ont représenté ce volume de contrôle par un triangle le long dumur bajoyer. Ils ont pris cette forme de telle sorte à évaluer d’une manière simple le poids du

volume de contrôle sans affecter l’expression des forces de pression. Cette forme donne pourle poids l’expression suivante :

= sin .


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- iii ) Conservation de la quantité de mouvement :

Le flux de la quantité de mouvement à travers la face opposée au mur bajoyer est donné par la formule suivante :

= . . Donc : = cos cos sin 0 s i n sin. La conservation de la quantité de mouvement dans le régime permanent appliquée au

volume de contrôle est :

= ∫ . . Après tout calcul fait, nous obtenons l’expression de en fonction des donnéesgéométriques du coursier, et la profondeur dans la partie du coursier non affecté par l’onde de

choc :

= cos 2cos cos sin sin sincos cos sin Des essais sur modèles réduit ont été effectués par Hunt(2008) et il a remarqué que la

largeur de l’onde de choc est une fonction de l’angle φ. Donc la force due au poids du volume

de contrôle doit aussi dépendre de l’angle φ, et en examinant l’erreur due à l’absence de l’angleφ Hunt a déduit une nouvelle formule qui donne le poids du volume de control, la formule

donnée ci-dessous donne des résultats satisfaisants :

= 12 × 0 . 4 6 × × ×sin ×tan.. On répétant le calcul avec la nouvelle formule du poids, on trouve :

La nouvelle formule donnant la profondeur au voisinage des murs deviendra :

= cos 2cos cos sin sin sincos cos 0.46sin tan. La corrélation entre les essais et les résultats donnés par la formule, est de 98% après cette

dernière modification.


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1-3 ) Analyse classique des ondes de chocs :

- i ) Ressaut oblique :

Quand un écoulement torentiel est dévié par l’interieur d’un mur, la profondeur

va

augmenter brusquement a le long du front d’onde CD (voir shémas ci-dessous),qui estincliné d’un angle d’onde β cet angle dépend de l’angle de convergence du mur. Ce phenomeneressemble à celui du ressaut hydraulique normal mais avac un changement de profondeursuivant une direction oblique d’où le nom du ressaut hydraulique oblique. D’aprés [3]

Figure 16 : Ressaut hydraulique oblique.

- ii ) Principe de calcul :

Soit un écoulement torrentiel amont caractérisé par le nombre de Froude :

=

Ou est la vitesse moyenne et est la profondeur amont.Le courant amont subit une déviation directionnelle brusque par un angle de déflexion ϴ (ondede déviation de la paroi). Une onde stationnaire se forme à un angle, β.

Pour un canal de largeur unitaire, la vitesse normale au front d’onde est donnée par = sin et le nombre de froude normal sera donnée par = sin.


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Si on considère la section A-A perpendiculaire au front d’onde, on remarque qu’il s’agit d’unressaut hydraulique normal. Donc l’équation donnant la relation entre les haueur s conjuguées

peut être appliquée. On obtient la formule suivante d’après [2], [3]:

= 12 1 8 sin 1 L’équation de continuité à travers le front d’onde donne la relation suivante d’après [2], [3]: = tantan En éliminant des deux équations on obtient la formule donnant la condition sur l’angle dedéviation du canal pour remédier au phénomène des ondes négatives (voir figure24) d’après[2], [3]:

tan = tan ( 1 8 sin 3)2tan 1 8 sin 1 Cette formule va nous permettre de connaitre β si ϴ et Fr1 sont connus.

- iii ) Cas du canal convergent :

Maintenant si on a un canal convergent symétrique avec un écoulement torrentiel > 1.L’écoulement subit une déviation par les parois vers l’intérieur du canal, provoquant des ondes

positives d’angle β1 générée aux points A et A’ (voir figure 24) (d’après [2], [3]).

Les perturbations (ondes) positives se propagent sur la ligne ABC’ et A’BC ; elles serencontrent au point B, et les nombres de Froude sont > .Dans la zone BCC’, le nombre de Froude devient < < ;Les ondes positives arrivant aux points C et C’ subissent une déviation par les par ois versl’extérieur du canal. Un système d’ondes croisées se forme jusque loin en aval. Entre-temps,des perturbations négatives sont créées aux points D et D’à la sortie du rétrécissement ; et il y

a une interférence assez complexe entre les ondes créées aux points A et A’ et celle créées aux points D et D’ ; ce qui donne naissance à des ondes croisées (souvent assez désagréables) qui peuvent persister loin en aval.

Avec un certain (bon) choix de l’angle ≡ ′, les perturbations positives qui touchent les points, C(D) et C’(D’), seront réfléchies et ensuite compensées par les ondes négatives émanant

de ces mêmes points. L’écoulement dans la section rétrécie est à nombre de Froude, etaucune onde ne se manifestera en aval.


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Figure 17: rétrécissement linéaire dans un écoulement torrentiel.

Le choix de l’angle ≡ ′ , dépend évidemment du nombre de Froude d’approhe, et du rapportdes largeur, B3/B1 qu’on exprime à l’aide de l’équation de continuité d’après [2], [3] :

=

Et on a encore la relation géometrique donnant la longueur du trançon :


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= 2tan On tire de ce qui précéde les équations suivantes (d’après [9]):

+ = tantan sin = 1 tan2tan tantan 1

+ = sinsin . +

Le système d’équations ci-dessus se rapporte au tronçon A-B pour i=1, et pour i=2 il se rapport

au tronçon B-C du système d’ondes de choc.

La deuxième équation permet de calculer et Fr1 fixés. Les valeurs de hi+1 et Fi+1résultent alors des deux autres relations. Ensuite, on répète le même procédé pour Fi+1 et ϴ fixé, le résultat étant + = 1 + , + = 2. La condition pour que l’onde de choctouche la paroi au point C est d’après [9] :31 = sin 1 sin sin sin On a encore d’après ([3] page 431) les courbes suivantes donnant les relationsentre , , .


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Figure 18 : Relation entre θ, β1, Fr1 et Fr2

V-1 ) Hauteur des murs bajoyers :

Pour éviter tout débordement le long du coursier, on doit rajouter une revanche minimale parrapport à la ligne d’eau. Cette revanche est donnée par la formule ci-après ([1] page : 385) :

> 0 . 6 1 0 . 0 3 7 × × Avec :

V : vitesse de l’écoulement en (m/s)

y : Profondeur d’eau en (m).

La hauteur des murs dans chaque section est donc donnée comme suite :

= Avec :

: Hauteur du mur dans la section i en (m).

: Revanche dans la section i en (m).

: Profondeur d’eau dans la section i.


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DISSIPATION D’ENERGIE :

I) Dissipation d’énergie par un bec déviateur

Quand la profondeur d’eau à la sortie du coursier est importante, elle ne permet pas lacr éation d’un ressaut hydraulique permettant la dissipation de l’énergie de l’écoulement. On

peut avoir recours à un bec déviateur pour dissiper cette énergie. Ce type de dissipateurs estsécuritaire dans son fonctionnement, car il permet le refoulement d’eau loin du pied du barrage.

Il s’adapte très bien aux vallées étroites, grâce à un coursier convergent qui va concentrer le jetd’eau et augmenter la vitesse de l’écoulement comme c’est le cas pour le barrage OUELJET

ES-SOULTAN. Et si l’axe de la rivière n’est pas perpendiculaire à l’axe du barrage, on peut prévoir une courbure au niveau de la cuillère du saut de ski, afin de bien diriger l’eau vers le litde la rivière. Pour des barrages de grande hauteur, donc avec des écoulements à grandesvitesses, le saut de ski est souvent utilisé, vu qu’il permet d’éloigner le

jet d’eau à une distance

proportionnelle à la vitesse du jet.

Il existe deux types de bec déviateur :

- Bec déviateur a saut de ski :- Bec déviateur submergé :

I-1) Bec déviateur a saut de ski :

A une certaine hauteur au-dessous de la crête, la lame liquide est redressée vers le haut et

lancée dans l’air, avec une trajectoire parabolique. La résistance de l’air transforme cette eauen émulsion et pluie, ce qui dissipe l’énergie. Le jet relancé par la cuillère retombe après unedistance à partir du barrage, ce qui donne lieu à une fosse naturellement creusée par le jet.

Figure 19 : Modèle d’un bec déviateur à saut de Ski.


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I-2) Bec déviateur submergé :

Ce type d’ouvrage est utilisé lorsque les profondeurs d’eau en aval sont importantes pour

qu’il n’y ait pas formation d’un ressaut hydraulique. Comme pour le saut de ski, ces cuvettes

ont pour action, le changement de la direction du jet d’eau en plan. Ce phénomène est

accompagné de fortes vibrations et la conception doit prendre en compte les effets secondairesde ces vibrations. Une analyse mathématique est fastidieuse, très onéreuse d’autant plus que sa

précision n’est pas aussi bonne comparée aux études faites sur des modèles réduits.

Figure 20 Exemple de bec déviateur submergé

Les particularités de chaque site, rendent l’étude par modèle réduit obligatoire.

Pour le cas de notre barrage OUELJET ES-SOULTAN il s’agit d’un bec déviateur à sautde ski. Dans tout ce qui suit, on limitera notre étude à ce type de dissipateur d’énergie.

II) Critère de dimensionnement :

Les principales caractéristiques qu’on doit fixer et déterminer pour l’étude et ledimensionnement du saut de ski sont :

-

La forme de la cuillère.- Élévation du radier de la cuillère.- Rayon de la cuillère.- Hauteur minimale de la cuillère.- Angle de sortie du jet.

II-1) Élévation du radier de la cuillère.

L’élévation du radier du coursier est, généralement régie par le niveau du rocher disponible pour la fondation. Une telle préférence permettra d’éviter l’emplacement de grandes quantités

de béton pour maintenir le radier en des élévations supérieures.


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Pour une performance optimale, un saut de ski ne peut opérer en conditions de submersion.En fonction de la courbe de tarage en aval du barrage, un soulèvement de la cuillère du bassin

peut être nécessaire. Par évaluation des conditions de tarage en aval, on doit tenir compte del’action d’éjection d’eau qui peut rehausser le niveau des eaux en aval, et ce dépendamment dela géométrie du canal.

II-2) Rayon de la cuillère :

Pour la courbe convexe de la cuillère, la pression exercée sur la surface de la cuillère parla force centrifuge de l’écoulement est proportionnelle à l’énergie de l’écoulement et

inversement proportionnelle au rayon de la courbure de la cuillère. Une formule approchée basée sur des essais sur modèles réduits donne la relation entre les différents paramètres citésavant et on a (d’après [1] page 385) la formule s’exprime comme suit :

=3.7161× ℎ. Avec :R : rayon de courbure de la cuillère en (m).ℎ : Profondeur d’eau à l’entrée de la cuillère en (m). V : vitesse à l’entrée de la cuillère en (m/s). P : Pression appliqué par l’écoulement sur la cuillère en (KPa).

Toutefois les auteurs de Design of Small Dams et en se basant sur des essais sur modèleréduit recommandent que le rayon soit supérieur à

5ℎ sans dépassé

10ℎ.

Figure 21 : Figure schématisant les paramètres caractéristiques de la cuillère


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II-3) Angle de sortie du jet

L’angle de la trajectoire ϴ, est l’angle que fait le jet sortant de la cuillère avec l’horizontale.

Cet angle est un facteur déterminant de la longueur parcourue par le jet, ainsi que lescaractéristiques hydrauliques générales dans la zone d’impact. Spécifiquement, plus l’angle ϴ

est grand (sans dépasser 45°), plus la longueur parcourue par le jet augmente, pour ainsi procurer une meilleure dissipation, contrairement au fait d’avoir un angle ϴ, aplati, qui amènerale jet à s’heurter selon une direction ver ticale et avec moins de tourbillons indésirables. Unangle équivaut à 45°, aboutira à une distance maximale de la trajectoire du jet. Néanmoinsl’angle ϴ est influencé par le rayon de courbure de la cuillère et la hauteur de la cuillère, (d’après[1] ) nor malement l’angle ϴ doit être inférieur à 30°.

III) Trajectoire du jet :

III-1) Equation de la trajectoire :

La trajectoire du jet dépend de l'énergie de l'écoulement à la sortie et l'angle avec lequel le jet quitte la cuillère.

Le jet est projeté vers la vallée selon une trajectoire parabolique présentée par l’équationsuivante (d’après : [1]) :

= .

4 ..

2.cos

Avec : : Angle de sortie du jet.V : vitesse à la sortie du jet.K : coefficient tenant compte des pertes par frottement et de la résistance de l’air, il est prisselon [1] Dams égale à 0.9.d : profondeur à la sortie de la cuillère.

III-2) Distance maximale parcourue par le jet.

La distance de la trajectoire du jet est dépendante de la vitesse de l’écoulement entrant le

bassin, de l’angle de sortie du jet et de la distance séparant l’extrémité de la cuillère et la zoned’impact du jet. La distance de la trajectoire, nommée X, est déterminée par la formule suivante

:

= 1.8. ℎ 2sin2 Avec :ℎ : Profondeur d’eau à l’entrée de la cuillère. V : vitesse de sortie du jet.

: L’angle de sortie du jet.


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IV) PROFONDEUR DE LA FOSSE D’EROSION

IV-1) Généralités

Bien que le choix d’un bassin de dissipation à saut de ski soit par ticulièrement limité pour

des sites dont le lit du canal d’eau naturel contient du rocher, l’existence d’affouillement enl’aval d’un tel bassin est, cependant inévitablement prise en considération lors des études de

dimensionnement. Une telle mesure, ne peut être que sécuritaire non seulement pour la structure principale mais aussi celles qui en sont adjacentes.

IV-2) Importance de l’évaluation de la profondeur des affouillements

L’importance des estimations de développement des affouillements au pied aval de lastructure, plus particulièrement en ce qui concerne la profondeur maximale de la fossed’érosion, devient de plus en plus apparente avec la construction de très grands barrages durant

ces 20 dernières années.

Le calcul de cette profondeur est, parmi d’autres facteurs, fonction de la durée du processusde décreusage. En effet, durant la première phase, la majorité de l’énergie du jet s’enfonçant

provoque un chargement dynamique sur le lit du canal, relativement puissant, soulevant lesroches du lit de la r ivière. Au fur et à mesure que la fosse s’élargit et s’approfondit, l’énergiedu jet se dissipe de plus en plus par turbulence avant de percuter le fond.

Figure 22 : Figure schématisant la fouille creusée par le jet , Et les différents paramètres mis

en jeu.

IV-3) Calcul de la profondeur de la fosse d’érosion

La profondeur de la fosse d’érosion peut être estimée par de nombreuses relations

empiriques. Elles peuvent être représentées sous la forme générale suivante :

= . .


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Avec :ds : Profondeur de la fosse.H : la hauteur de chute.

q : débit unitaire du jet

=

.

d : diamètre de la fosse.

Le tableau ci-dessous, présente un certain nombre de formules et de théories de calcul,développées sous une plateforme statistique et ont été piochés de tel manière à ce qu’elles soientintégralement dépendantes de la hauteur de charge et du débit unitaire :

Tableau 2 : différentes formule pour le calcul de la profondeur de la fosse d'érosion

Auteur Equation

MARTINS

=1.5..

. .

VERONESE =1.32... . DAMLE =1.36... . CHIAN MIN WU =1.18... .


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DIMENSIONNEMENT DE LA VIDANGE DE FOND :

I) Définition de l’organe de vidange :

C’est un organe hydraulique destiné à la vidange volontaire, totale ou partielle, de laretenue en cas de nécessité : pour assurer la sécurité en cas de problème sur l'ouvrage, pour desopérations d’inspection, de maintenance...

L’organe de vidange est situé en partie basse du barrage. Il peut ne pas être situé au pointle plus bas du barrage, dans lequel cas la retenue ne peut pas être totalement vidée de manièregravitaire (il reste un culot qui ne peut être vidé).

II) Critères de dimensionnement :

Sécurité : La vidange de fond doit être dimensionnée de telle manière de pouvoirassurer, en cas d’urgence, une vidange totale de la retenue en un nombre de jours

prédéterminé. Gestion : ses dimensions doivent lui permettre également d’assurer, sous la co te de la

retenue normale, la restitution d’un débit minimal prédéterminé. Envasement : Le calage du seuil amont de la vidange de fond doit être à une cote de

telle sorte d’éviter un envasement précoce. Retour des eaux : l’implantation de la tête aval au-dessus des PHE aval permettra

d’éviter le retour des eaux. Accessibilité : Le local des vannes et la galerie seront dimensionnés de manière que les

inspections et l’entretien des vannes puissent se faire sans problème.

1. Capacité de la vidange de fond :

Dans cette partie nous allons déterminer le débit maximal qui peut être évacué dans chaque pertuis

Pour ce faire, Nous allons d’abord commencer par déterminer la valeur des différents

coefficients de perte de charge.

Pertes de charge :

Les coefficients de pertes de charge sont donnés en se référant au [9]. Le détail des pertesde charge qui concernent la vidange de fond se trouve en annexe 11.

Calcul de débit :

Les débits sont calculés suivant la formule citée ci-après (section principe de calcul dutemps de vidange) en considérant que l’écoulement est en charge dans le cas d’un contrôle aval :


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= ∑ /

= , – avec « hc » : la hauteur de contrôle (2,7 m) et Z pertuis =310 NGM.

Sc : Etant la section de contrôle.

S : Etant la section du pertuis.

Les sections correspondantes à chaque coefficient de pertes de charges sont comme-suit :

Tableau 3 : Section correspondante à chaque coefficient de perte de charge

Coefficients perte de chargeKe Ks Kg Kv KlS Sc S Sc S

2. Principe de calcul du temps de vidange :

Le pertuis que nous allons traiter dans cette partie est du type qui a un contrôle aval par lavanne de réglage. Nous allons par conséquent considérer la conduite est en charge avec sortieà l’air libre. Nous allons déterminer les caractéristiques hydrauliques du pertuis.

Débit évacué : Le débit évacué par la vidange de fond se calcule par l’application del’équation de BERNOULLI entre un point situé à la côte de la retenue A et le haut du pertuisà la sortie de la vanne (point C).

= ∆ → = ∆ En considérant :

z : représente la côte mesurée en (m)

: La hauteur piézométrique, p la pression, ρ la masse volumique de l’eau, g l’accélérationgravitationnelle.

²: La hauteur de vitesse où V correspond à la vitesse moyenne.∆ = ∑ : C’est donc la perte de charge totale, ce qui représente la somme des pertes decharges linéaires et singulières.

= ô ù é ô

Temps de vidange : Le temps de vidange maximal est fixé par le maître d’ouvrage. Il secalcul en suivant le procédé suivant :


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• A l’itération i, en partant d’une côte de retenue CR, i, nous cherchons le volume Vi de laretenue grâce à la courbe HSV.

• Le volume sortant Vs, i n’est rien d’autre que − – Le débit évacué est connu à l’aide de l’équation citée précédemment

= ∗ ∑ / Avec : = : La dénivellation entre la surface de retenue et la sortie du pertuis en (m).Ki : Coefficient de perte de charge = Kl + Ke + Kg + Kv + Ks.

Kl : Coefficient de perte de charge linéaire.

Ke : Coefficient de perte de charge à l’entrée.

Kg : Coefficient de perte de charge de la grille.

Kv : Coefficient de perte de charge de la vanne.

Ks : Coefficient de perte de charge à la sortie.

Qi : le débit évacué à l’itération i

• Le débit évacué moyen est

, =+

•

Le temps ti est = ,, • Le temps de vidange n’est rien d’autre que ∆ = ∑ ii. Conception du chenal à ciel ouvert :

La conception du chenal à ciel ouvert a pour but de déterminer la hauteur des murs bajoyers. Cette dernière se déduit à partir de la courbe de remous.

V-2 ) Courbe de remous :

Les courbes de remous résultent d’un écoulement graduellement varié. Tous les paramètres

de l’écoulement varient donc faiblement en fonction de la coordonnée longitudinale, x. Doncles hypothèses principales sur laquelle se fonde cette théorie sont les suivants :

Les variations transversales des paramètres influençant l’écoulement sont négligeables

et ne sont fonction que de x (écoulement unidirectionnel), La répartition des pressions est hydrostatique, La répartition des vitesses est uniforme,

L’axe du canal présente une faible courbure, La pente maximale du radier ne dépasse pas 10%, et Le fluide est homogène et incompressible.

2-1 ) Approche par un calcul itératif :


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L’écoulement peut être analysé par l’équation de Bernoulli généralisée (si la pente du fond

reste inférieure à 10% et si l’écoulement est graduellement varié). En considérant un intervalle

de calcul ∆l du cours d’ea

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